一种基于数独的渐进式秘密图像加密共享方法
【专利摘要】本发明一种基于数独的渐进式秘密图像加密共享方法，属于信息安全和图像处理领域，涉及一种基于数独的使用有意义的影子图像的渐进式秘密图像加密共享方法。该方法利用数独来进行秘密图像加密共享和还原，利用数独中每个区块、每行和每列内数字不重复的特点，在秘密图像加密共享过程中生成了有意义的高质量的影子图像；此方法包括两个部分，一部分是秘密图像加密共享过程，即将秘密图像分别藏入若干张载体图像中，生成若干张对应的影子图像；另一部分是秘密图像的还原过程。该方法具有复杂度低，易于操作的特点。实验证明本发明生成了有意义高质量的影子图像，降低了藏有秘密图像信息的影子图像在互联网中传播的危险，能够渐进式还原出秘密图像。
【专利说明】一种基于数独的渐进式秘密图像加密共享方法
【技术领域】
[0001]本发明属于信息安全领域和图像处理领域，具体的涉及一种基于数独的使用有意义的影子图像的渐进式秘密图像加密共享方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的飞速发展，互联网对整个社会的科学与技术、经济与文化带来了巨大的推动，也使我们的日常生活发生了深刻的革命性变化，每天都会有越来越多的信息通过互联网进行传输，其中不乏涉及到个人隐私、商业机密甚至国家安全等不可泄露的信息。因此，信息安全在当今互联网飞速发展的时代占有越来越重要的地位。同时，由于图像信息的生动形象的特点，图像在互联网上的传播也日益频繁。但由于网络的不安全性，这些图像信息在传输过程中可能丢失或被破坏，一些恶意攻击者也可能试图利用网络窃取传输的信息来达到自己不正当的目的，而他们一旦窃取成功，就会对消息传递者造成无法估计的损失，如果这些信息关系到政府部门或国家机关的重大决策，后果不堪设想。因此如何确保机密图像在互联网上的安全传输成了一个备受关注的世界性课题，而秘密图像共享方案作为机密图像信息安全传输及保护的重要机制引起了研究者的广泛关注。
[0003]秘密图像共享是在秘密共享的基础上发展起来的，其本质是将秘密共享技术应用到图像上，从而实现秘密图像在互联网传输过程中不被窃取或破坏。秘密共享是信息安全和数据保密的一项重要技术，它在重要信息的传输过程中起着非常关键的作用。秘密共享技术解决了机密信息存一份以保持其高度机密性，还是存多份以确保其不因意外因素而损毁的问题。
[0004]为了避免因某一份影子图像被窃取而对秘密图像造成泄露的威胁，Chen和Lin提出了一种秘密图像共享方案，该方案将秘密图像分成η份同等重要的部分。除此之外，在秘密图像传输的过程中可以使用η个不同的通道(每一份使用一个通道)，如果被恶意破坏者窃听了最多A-1个通道G1 (…(rk ( η),也不会造成秘密图像信息泄露，与此同时，最多n_rk个通道的断开也不会影响到秘密图像的无损还原。它最大的优势在于使用不同数量的影子图像还原得到的秘密图像的质量不同，也就是说，使用数量越多的影子图像还原得到的秘密图像的质量越高，更容易被应用在实际环境中，例如对安全问题要求苛刻的图像信息在网络中传输时，避免因泄露少量影子图像而造成秘密图像的泄露。但是，这个方案得到的影子图像的品质不是很高，会导致其在网络中传输时存在一定风险，并且其嵌入秘密图像和还原秘密图像的方法不是很简洁，有待改进。
[0005]总之，图像秘密共享存在着很多难以解决的问题，例如影子图像无意义和失真，算法过于复杂。好的图像秘密共享方案应该做到影子图像不超过原始图像大小，影子图像是有意义的并且有着好的视觉质量，当然方法的简洁性也要好。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明一种基于数独(Sudoku)的利用有意义的影子图像的渐进式秘密图像共享方法，该方法将秘密图像分别藏入到若干张载体图像中，得到相同数量的影子图像，这些影子图像与原图在视觉上几乎无区别；在还原过程中，使用不同数量的影子图像会得到效果不同的还原后的秘密图像。这样生成的有意义质量高的影子图像，在很大程度上降低了影子图像在网络传输过程中被怀疑的可能性，有效防止了被恶意破坏者所窃取。而以上优点在于我们的方法使用是基于数独的渐进式秘密图像共享方法，这一创新在于利用数独的特性， [0007]本发明采用的技术方案是一种基于数独的渐进式秘密图像共享方法，其特征是，该方法利用数独来进行秘密图像的加密共享和还原；此方法包括两个部分，一部分是秘密图像加密共享过程，即将秘密图像分别藏入若干张载体图像中，生成若干张对应的影子图像；另一部分是秘密图像的还原过程，即将秘密图像从影子图像中还原出来；下面是上述两个部分的详细的过程描述:
[0008]I)秘密图像加密共享过程
[0009]设使用的数独为stu，大小为N2xN2;在准备阶段，我们使用该数独生成一个256X256的魔幻矩阵M，具体的方法是:
[0010]For i=0 to 255
[0011]For j=0 to 255
[0012]
【权利要求】
1.一种基于数独的渐进式秘密图像加密共享方法，其特征是，该方法利用数独来进行秘密图像的加密共享和还原，利用数独中每个区块、每行和每列内数字不重复的特点，在秘密图像加密共享过程中生成了有意义的高质量的影子图像；此方法包括两个部分，一部分是秘密图像加密共享过程，即将秘密图像分别藏入若干张载体图像中，生成若干张对应的影子图像；另一部分是秘密图像的还原过程，即将秘密图像从影子图像中还原出来，秘密图像还原的过程具有渐进性的特点；下面是上述两个部分的详细的过程描述: 1)秘密图像加密共享过程 设使用的数独为Stu，大小为N2xN2;在准备阶段，我们使用该数独生成一个256X256的魔幻矩阵M，具体的方法是:
For i=0 to 255
For j=0 to 255
M[i] [j]=stu[i mod N2] [j mod N2]， 得到矩阵后，进行如下步骤: 步骤1，将数组[0，255]平均分成N2个数组，由于不可能完全均分，最后一个数组可以
256包含多一些，也就是说前N2-1个数组分别包含L J个数字，最后一个数组包含剩下的数
Λ字，并计算出每个数组的平均值；其中，数组分别定义为Ai,每个数组的平均值为Hi, i=l,.2,…，N2 ； 步骤2，取出秘密图像S的第一个像素值，假设为s，其中s eAk，其平均值为Hk，ke [I,N2];然后，分别取出Iiost1和host2的第一个像素，假设为a和b ;此时，分别将a和b作为矩阵M的横纵坐标固定一个数独中NX N的block，然后将该block里k对应的横纵坐标a’和b’分别放入空的图像中，从而得到两个影子图像Shadow1和Shadow2中相应位置像素的像素值；同时，将Hk放入空图像S’中相应的位置； 步骤3,利用S’和载体图像host3生成影子图像Shadow3 ;首先，将步骤2中的数组Ak
256继续均分成N2个数组，和步骤I类似，前N2-1个数组分别包含L J个数字，最后一个数
/V组包含剩下的数字；其中，细分后的数组定义为Aki，每个数组的平均值为Hki，i=l，2，…，N2 ；假设s属于Akm，其平均值为Hkm ;然后取出host3的第一个元素，假设为c ;此时，将c作为矩阵的纵坐标，步骤2中的Hk作为横坐标，固定一个数独中I XN2的block，然后将该block里m对应的纵坐标c’放入第三个影子图像Shadow3中相应的位置；同时，将Hkm放入到一空图像S”中相应的位置； 步骤4，利用步骤3的方法，使用S”和新的载体图像host4生成第四张影子图像Shadow4 ;以此类推，直到生成第「1gy2 256 1 + 1张影子图像； 上述步骤循环执行512X512次，完成对秘密图像每一个像素值的操作，生成新的完整的多张有意义的影子图像； 2)秘密图像还原过程 步骤1，按照秘密图像分享过程步骤I的方法，将数组[0，255]平均分成N2个数组，其中，数组分别定义为Ai,每个数组的平均值为Hi, i=l,2,…，N2 ；步骤2,分别取出影子图像Shadow1和Shadow2的第一个元素,假设为p和q，然后，以分别将a和b作为矩阵M的横纵坐标即可固定一个矩阵中的数值，假设为X，将Hx放入空图像S1; 步骤3，将数组Ax均分成N2个数组，其中，细分后的数组定义为Axi，每个数组的平均值为Hxi, i=l,2, ...,N2 ;然后取出影子图像Shadow3的第一个元素，假设为r,此时将Hx和r分别作为横纵坐标在矩阵M中即可固定一个数值，假设为y，将Hxy放入空图像S2 ； 步骤4，利用步骤3的方法，重复该过程直至处理完最后一张影子图像； 上述步骤循环执行512X512次，完成对每一个像素值的操作，还原出完整的秘密图像；分别使用两张、三张或更多的影子图像直至全部数量的影子图像会还原得到不同质量的秘密图像，并且他们的质量会越来越高，直至和原始图像无区别；除了在视觉方面进行辨认外，用PSNR表示峰值信噪比，它的定义如下：
【文档编号】G06T1/00GK103544674SQ201310486331
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】王智慧, 底亚峰, 王祎, 张真诚 申请人:大连理工大学